لنت ها و مهار نیروی زلزله

آیا می دانید وقتی زلزله رخ می دهد، چگونه نیروی ناشی از آن باعث تخریب یک ساختمان می شود؛ در واقع حرکت ناشی از زلزله نوعی شتاب متغیر و در واقع نیرویی در جهت خود به اعضای موجود در یک ساختمان وارد می کند.

کد خبر: ۱۰۰۷۴۷

حال اگر این نیرو از تحمل و ظرفیت این اعضا بیشتر باشد، شاهد بروز خسارت در ساختمان خواهیم بود.یکی از ابزارهای مفید و کارا در مهار انرژی های مخرب در ساختمان ، میراگرها هستند.
این ابزار با تبدیل انرژی به حرارت بر اثر اصطکاک ، نیروهای وارد شده به ساختمان را به حداقل می رسانند. بر این اساس ، با دکتر فرشید خالقیان ، مجری طرح ساخت دستگاه کاهنده انرژی تخریبی زلزله در ساختمان ها به گفتگو نشسته ایم.

اصولا عملکرد نیروهای ناشی از زلزله در تخریب یک ساختمان چگونه است؛
وقتی زلزله ای رخ می دهد، حرکت ناشی از آن شتاب یا نیروی متغیر ایجاد می کند. این شتاب منجر به وارد آمدن نیرو به اعضای موجود در ساختمان می شود.
حال اگر این نیرو از ظرفیت و تحمل اعضا بالاتر رود، شاهد بروز خسارت و تخریب در ساختمان خواهیم بود.
به بیان دیگر، زلزله به معنای وارد آمدن شتاب های متغیر در جرمهای مختلف موجود در ساختمان است که طی آن تیرها و ستون ها این نیرو را به پی منتقل می کنند و دقیقا برای کنترل همین نیروهاست که در ساختمان از مهاربند یا کنترل کننده نیرو استفاده می شود.

در طرح پیشنهادی شما بر روی نقش و عملکرد میراگرها بسیار تاکید شده است. آیا این میراگرها نقشی همانند مهاربند را در ساختمان ایفا می کنند؛
اصولا فرض ما بر این نیست که ساختمان را به گونه ای طراحی می کنیم که هر نیروی زلزله را پاسخگو باشد، بلکه باید بتوانیم نیروهایی را که به ساختمان وارد می شود، به شکلی مستهلک کنیم یا از بین ببریم.
ایده های مختلفی در دنیا برای این منظور ارائه و اجرا شده است که در ابتدا استفاده از پلاستیک (الاستومرها) در فونداسیون شهر است که هدف آن ایزوله کردن ساختمان در مقابل ارتعاشات ناشی از زلزله است.
به مرور، این سیستم ها کامل تر شدند و میراگرها یا مستهلک کننده های نیروی ناشی از زلزله جایگزین آنها شدند.
در واقع میراگرها وسایلی هستند که در بسیاری از وسایلی که مرتعش می شوند همچون ماشین ها نیز کاربرد دارند. در واقع کمک فنرها در خودرو نیز به شکلی همین میراگرها هستند.
میراگرها در ساختمان نیز دقیقا در مکان هایی که باربندها را داریم یعنی میان طبقات و در واقع بین قاب های ساختمان نصب می شوند.
این باربندها عناصری هستند که ما با استفاده از آنها ساختمان را مهربندی می کنیم. البته مشکلی که در کاربرد میراگرها در ساختمان مطرح است ، گران بودن این وسایل است.
ما در طرح ارائه شده روی سیستم هایی (میراگرها) کار کردیم که نه تنها ارزان باشند، بلکه بتوانیم آنها را در کشور تولید کنیم.

میراگرهایی که ما استفاده کردیم ، از نوع اصطکاکی هستند که در آنها به نوعی از آلاستومرها و یا از اتصالاتی فلزی استفاده می شود.
در واقع به دنبال آزمایش های مختلف انجام شده ، ما در پی رسیدن به نوعی میراگر بودیم که نه تنها در برابر نیروهای ناشی از زلزله تخریب نشود، بلکه بتوانیم نیروی بالایی را نیز از آن بگیریم.
برای رسیدن به این هدف زمانی حدود 2سال وقت صرف شده تا به این نتیجه رسیدیم که می توانیم براحتی از لنت ترمز به عنوان وسیله ای که حرکت طبقات را هنگام زلزله به آن منتقل کنیم استفاده کرد.
به بیان دیگر با کاربرد لنت ها یا میراگرها به جای حرکت طبقات شاهد حرکت میراگرها هستیم. این حرکت به کمک اصطکاک ناشی از اجزای میراگر (لنت هایی که به صفحاتی متحرک متصل شده اند) به انرژی حرارتی (گرمایی) تبدیل می شود.
به بیان دیگر یک سری لنت با نیروی فشاری بالا به عناصر متحرکی می چسبند که انرژی ناشی از آن به حرارت تبدیل می شود.
به همین دلیل انرژی وارد شده به ساختمان هنگام بروز زلزله به این عناصر تحمیل می شود و این انرژی به حرارت تبدیل و مانع تخریب ساختمان می شود.

این اعضا دقیقا از چه بخشهایی تشکیل شده اند و در کدام قسمتهای یک ساختمان باید نصب شوند؛
میراگر طراحی شده از یک یا چند صفحه فلزی ، چند پیچ و واشر خاص تشکیل شده است. از میان این صفحات فلزی یکسری ثابت و یکسری متحرک هستند که در آن صفحات متحرک به یکسری صفحات ثابت متصل شده اند که در این عناصر، نیروی تماسی منجر به تولید اصطکاک و سپس انرژی حرارتی می شود.
همان گونه که پیشتر نیز گفتیم این میراگرها در داخل قابهای ساختمان نصب می شوند و از آنجایی که در نصب شان ، کاری به فونداسیون نداریم ، می توانند براحتی حتی در ساختمان های ساخته شده کنونی نیز نصب شوند.
هرچه ساختمان بلندمرتبه تر باشد، این میراگرها بهتر جواب می دهند، چون این سازه ها راحت تر می توانند تغییر مکان ها را بپذیرند.
جالب است بدانید این میراگرها می توانند تغییر مکان سازه را هنگام اعمال نیروهای جانبی زلزله از 50سانتی متر به 5تا 6سانتی متر کاهش دهند. به این ترتیب شتاب طبقات و حرکت نسبی آنها کنترل شده و تخریبی به سازه وارد نمی شود.

آیا آزمایش شبیه سازی در محیط واقعی نیز برای بررسی عملکرد این سیستم ها انجام شده است؛
متاسفانه در کشور ما تنها یک میز زلزله در دانشگاه صنعتی شریف وجود دارد که در آن نمی توان ساختمانی بیش از 2طبقه را مدل کرد، چرا که ساخت میزهای بزرگتر بسیار پرهزینه است.
با این حال ما موفق شدیم تنها آزمایشات انجام شده را به کمک کامپیوتر شبیه سازی کنیم. یعنی میراگرها را در برنامه رایانه ای تجزیه و با کمک یک سازه نتایج خروجی تغییر مکان ها را روی میراگرها تست کنیم که نتایج ناشی از آن نشان داده است حداکثر تغییر مکان در یک ساختمان در مقابل یک زلزله 6ریشتر به بالا، در طبقه سوم آن 3.5سانتی متر و بیشترین تغییر مکان در طبقه اول 6سانتی متر بوده است.
هزینه برآورد شده برای هر آزمایش نیز 300هزار تومان بوده که با تولید انبوه ، هزینه هر میراگر به زیر 50هزار تومان نیز خواهد رسید که در هر ساختمان 100متری 5طبقه به 25عدد از آنها نیاز است ، به علاوه این لنت ها (میراگرها) نیاز به تعویض نیز نخواهند داشت.